[发明专利]浓度响应型生化多组分在线分析仪

说明书

本发明公开了一种浓度响应型生化多组分在线分析仪，包括多组分浓度检测模块，精确进样机械臂，多通道数据采集模块，自动采样模块和多通道流路结构；多组分浓度检测模块由检测池、样品池、取样池、清洗池和废液池组成，可实现对多种组分浓度在线检测；进样机械臂由二自由度机械臂、精密注射器、进样针组成，实现对检测池精确定位进样控制；多通道数据采集模块由嵌入式开发板与触摸屏组成，实现多种组分浓度在线检测、显示和存储；自动采样模块由精密膜取样器、微型真空隔膜泵和截止阀组成；多通道流路集成结构将四个部分进行链接组装。本发明可实现微生物发酵过程中多种底物、关键中间代谢物及产物浓度的在线实时检测，结构紧凑、便于批量生产。

技术领域

本发明属于生物传感技术与工业自动化技术交叉领域，具体涉及一种基于生物传感电极，实现多种组分浓度响应的微生物发酵过程多组分浓度在线分析仪。

背景技术

发酵过程主要涉及微生物的生长和代谢，发酵体系中的底物、关键中间代谢产物、产物的种类与浓度以及相互作用，均会对微生物发酵过程中的反应速率、产品收率以及细胞对代谢途径的选择产生重大影响。针对发酵过程的调控目的是将环境等因素调节到最适宜微生物生长的状态，调控的过程中必须了解环境条件和微生物生理的相关信息。相对于针对环境条件如pH、溶氧、温度等参数的常规检测，与发酵参数和条件有关的多组分浓度关键参数检测是非常重要的, 检测所提供的信息可直接反映微生物生长过程，有助于人们更好地理解发酵过程, 从而对工艺过程进行改进，因此实现发酵过程中底物与产物成分的在线检测与反馈控制，可有利于保证发酵过程的平稳运行，提高发酵效率。

当前发酵过程中的成分组分浓度的分析定量检测主要有以下几种办法：化学显色/滴定法、色谱法、电化学-生物传感器法等。其中前两种仪器检测方法的操作周期长、线性范围狭窄，不适合用于在线检测。这些方法通过离线采样和检测能够获得一部分发酵过程的信息，从而指导发酵过程的调控，已经受到广泛采用。而电化学-生物传感器法是利用生物活性物质（如酶，细胞，抗体，核酸适配体等）为生物功能性敏感元件，并将其固定在信号转换器上，而目标待测物会与负载的生物活性物质发生特异性的反应（如酶催化反应），并通过信号转换器转化为相应的电学信号（电势，电流，电阻或电容等），配合嵌入式微电子技术实现模数转换，将电信号转化为设备能够识别的数字量，从而实现对目标待测物的定量或者定性分析检测。因此，对复杂组分体系中的目标待测物具有选择性好、灵敏度高等优点，且尺寸、样式丰富可调，非常适宜在微生物发酵环境中使用。由于灵敏度高，易微型化，能在复杂体系样品中进行检测等优势，更加受到发酵过程的青睐。

随着发酵工程的发展，对信息重要发酵参数的实时性、完整性、可靠性的要求也日益提升。当前市场上存在的组分浓度分析仪器，绝大多数采用离线采样、稀释需要人工取样并经过复杂的预处理对低浓度的组分浓度进行离线检测，而发酵体系中的组分浓度往往远高于这些仪器的检测线性范围，这就导致必须对样品进行稀释才能进行检测离线检测，导致检测周期大大延长，检测数据不能及时反映当前发酵体系中的组分浓度变化（如底物、关键中间代谢物、产物），因此并不能对发酵过程给予及时的指导和调控，极大地限制了基于浓度反馈的发酵过程控制技术的广泛应用。

因此，组分浓度在线分析仪由于其在实时性、可靠性上的优势，相对于现有的离线式浓度分析仪而言，可为发酵过程提供实时的组分浓度变化信息，从而建立相关的反馈控制回路，实现对发酵过程的自动控制，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对发酵过程中底物、重要代谢中间产物和产物成分浓度在线检测技术缺乏的问题，采用生物传感电极，提供一种能够实现多组分在线检测的在线浓度分析仪。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种浓度响应型生化多组分在线分析仪，该分析仪包括多组分浓度检测模块，精确进样机械臂，多通道数据采集模块，自动采样模块和多通道流路结构；